研究人员模拟轴向倾斜和冰雪如何雕琢出火星的沟壑地貌

研究人员模拟轴向倾斜和冰雪如何雕琢出火星的沟壑地貌美国宇航局火星勘测轨道飞行器上的高分辨率成像科学实验（HiRISE）相机拍摄的TerraSirenum及其沟壑的图像。图片来源：NASA/JPL/亚利桑那大学可能的形成过程有人认为，这些沟壑是通过二氧化碳（CO2）冰的升华形成的。然而，其确切机制仍不确定，因为这一过程缺乏地球上的类似物，而且这一过程也不能完全解释火星沟壑的分布。另一种理论认为，在更有利于水冰融化的旧气候条件下，可能是较少量的液态水形成了沟壑。此外，先前的研究表明，在火星历史上较高的倾角时期，水冰可能已经聚集在现在出现沟壑的区域。模拟洞察为了深入研究液态水在形成这些沟壑中的潜在作用，詹姆斯-迪克森和他的团队利用了一个三维火星全球环流模型。该模型旨在描绘火星的气候在过去一百万年中随着其轴向倾角的变化而可能发生的变化。他们发现，在35°倾角处，目前沟壑的位置--也就是今天在地表附近有大量水冰的区域，在过去的一百万年里很可能多了几十米--压力达到了612帕斯卡以上，冰面温度很可能超过了273开尔文（水冰的熔点）。因此，融化的冰可能会在高倾角时期保持液态，在目前发现的高海拔地区形成沟壑。火星沟壑演化的新方案利用这些洞察力，迪克森和他的团队提出了火星沟壑形成和演化的新方案。他们的理论结合了液态水和二氧化碳升华的过程。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382263.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382263.htm

火星上的液态水存在时间可能不足以令其形成生命

火星上的液态水存在时间可能不足以令其形成生命以前，科学家们相信只有液态水才能塑造火星上的沟壑，因为地球上就是这样。没有考虑到的是升华，即物质从固态直接转变为气态。升华就是二氧化碳冰消失的过程（有时水冰也会经历这种过程）。冰冻的二氧化碳在火星上随处可见，包括在沟壑中。当二氧化碳冰在这些沟壑中升华时，产生的气体会将碎石进一步推向斜坡，并继续塑造斜坡。在荷兰乌得勒支大学行星研究员隆内克-罗伊洛夫斯（LonnekeRoelofs）的带领下，一个科学家小组发现，二氧化碳冰的升华可能塑造了火星沟壑，这可能意味着火星上最近出现液态水的时间可能比以前想象的要早。这也意味着火星上可能出现生命并繁衍生息的时间窗口可能更短。"在火星大气条件下，二氧化碳冰的升华可以使沉积物流动，并形成类似于在火星上观察到的形态，"Roelofs和她的同事在最近发表于《地球与环境通讯》（CommunicationsEarth&Environment）上的一项研究中说。进入稀薄空气地球和火星沟壑的形态基本相同。不同的是，我们可以肯定，液态水是它们在地球上形成并不断塑造和再塑造的幕后推手。这种活动包括开凿新的沟道，将更多的碎石带到沟底。古代火星可能有足够稳定的液态水来完成这些活动，而现在的火星表面却没有足够的液态水来维持这种活动。这就是升华的作用所在。在物质开始流动的同时，火星表面也出现了二氧化碳冰。在研究了类似的观测结果后，研究人员假设这些流动是在冰冻的二氧化碳升华时被气体向下推动的。由于火星上的气压较低，升华产生的气体流量比在地球上要相对大一些--足以使物质的流体运动成为可能。有两种方法可以触发升华，使这些流体运动起来。当沟谷中较暴露区域的一部分坍塌时，尤其是在陡坡上，被太阳加热的沉积物和其他碎屑会掉落在较阴凉区域的二氧化碳冰上。坠落物产生的热量可以为冰霜升华提供足够的能量。另一种可能性是，二氧化碳冰和沉积物会从沟壑中脱离，落到较热的物质上，这也会引发升华。实验室中的火星这些想法存在一个问题：由于目前人类还没有登陆火星，因此无法对这些现象进行现场观测，只能通过航天器传回图像和数据。因此，一切都是假设。研究小组必须建立火星沟壑模型，以便实时观察火星沟壑的活动。为了在实验室中重现红色星球的部分地貌，罗伊洛夫斯在一个特殊的环境舱中建造了一条水槽，模拟火星的大气压力。它足够陡峭，物质可以向下移动，足够寒冷，二氧化碳冰可以保持稳定。但研究小组还在相邻的斜坡上增加了较暖的坡度，以便为升华提供热量，从而推动碎片的移动。他们对火星上可能出现的两种情况进行了实验：热量来自二氧化碳冰层下方，而温暖的物质则被浇筑在冰层之上。这两种情况都产生了假设的那种流动。为了进一步证明在特定条件下会发生由升华驱动的流动，他们又进行了两次实验，一次是在类似地球的压力下，另一次是在没有二氧化碳冰的情况下。这两个实验都没有产生气流。研究人员在研究报告中说："这些实验首次提供了直接证据，证明在火星大气条件下，二氧化碳升华可以使颗粒流动并维持下去。"研究人员在研究报告中说："因为这项实验表明，沟壑和类似的系统可以由升华而不仅仅是液态水形成，这就提出了一个问题：火星表面有足够的液态水供应，可供生物（如果有的话）生存多长时间。火星的适居期可能比人们曾经认为的要短。这是否意味着火星上从未有过生物？不一定，但罗洛夫斯的发现可能会影响我们对未来行星宜居性的看法。"《地球与环境通讯》，2024年。DOI:10.1038/s43247-024-01298-7...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426508.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426508.htm

火星南极表面下的明亮反光更有可能是地质层的结果 而不是液态水

火星南极表面下的明亮反光更有可能是地质层的结果而不是液态水根据康奈尔大学天文学家的一项研究，火星南极表面下的明亮反光，更有可能是地质层的结果，而不是液态水。研究人员在《自然-天文学》杂志上发表了他们的发现。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1326957.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1326957.htm

“祝融号”发现火星低纬度地区存在液态水

“祝融号”发现火星低纬度地区存在液态水“更重要的是，我们进一步研究认为，沙丘表面的含水特征，并不是地下水和二氧化碳导致的，而是因为降霜或降雪。”5月4日，论文通讯作者、中科院地质与地球物理研究所研究员秦小光告诉科技日报记者。火星上是否存在液态水，一直是大众关注的焦点，对星际移民、理解近代火星气候演化具有重要意义。如果存在液态水，就说明火星可能有适宜生存的环境，乃至存在生命。过去的研究已证明，早期火星曾存在大量液态水。后来，由于大气层消失，火星气候环境发生了重大转变，极低的气压和水汽含量导致今天火星上液态水难以稳定存在，只能以固态或气态的形式存在。然而，美国“凤凰”号火星探测器机械臂上观测到的液滴证明，当前火星高纬度地区夏季可以出现含盐液态水；同时，数值模拟也显示，适合液态水存在的气候条件可以短暂出现在当今火星的某些地方。“但是，气温最高的火星低纬度地区是否存在液态水，至今仍然缺少直接的观测证据。”秦小光说。2021年，我国天问一号火星任务搭载的“祝融号”火星车成功着陆于乌托邦平原南部边缘，该地区位于火星低纬度地区。截至2022年5月休眠，“祝融号”火星车工作了350多个火星日，行程约2000米，获得了大量宝贵的科学探测数据。“这为研究上述问题提供了极好的条件。”秦小光强调。利用“祝融号”搭载的导航地形相机、多光谱相机和火星表面成分探测仪，研究人员对该地区沙丘表面的微观形貌特征和物质成分特征开展了深入研究；同时，结合“祝融号”火星气象仪的实测数据和其他火星探测器的地表观测气象数据，研究人员确定，该地区含盐沙丘表面的含水特征，与降温时发生的降霜或降雪有关。“含盐沙粒能够促使霜雪在低温下融化形成含盐液态水，盐水干燥后，硫酸盐、蛋白石和铁氧化物等含水矿物会胶结沙粒，形成风沙团粒乃至结壳，结壳进一步干燥会形成龟裂。”秦小光解释，后期的再次降霜降雪，在结壳上又会进一步形成多边形脊和带状水痕等液态水活动痕迹。在晚亚马逊纪40万年至140万年以来的多次火星地轴大倾角时期，火星水汽从极地冰盖向赤道方向的扩散传输，导致火星低纬度地区多次出现湿润的环境。由此，研究人员提出，火星地轴大倾角时，低纬度地区的低温有助于降霜降雪，进而导致含盐沙丘表面结壳和团粒化，造成沙丘固化并留下液态水的活动痕迹。秦小光表示，这项研究填补了在火星低纬度地区存在液态水地面观测证据的空白，揭示了在表面温度相对温暖、适宜的低纬度地区，现代火星仍然可以出现潮湿的环境。这一发现对理解火星气候演化历史、寻找宜居环境具有非常重要的意义，也为未来寻找生命提供了关键线索。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358263.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358263.htm

新证据表明火星的南极冰盖下可能有液态水

新证据表明火星的南极冰盖下可能有液态水他们的发现与之前的穿冰雷达读数是一致的，这些读数最初被解释为表明冰下可能存在一个液态水区域。对于仅基于雷达数据的液态水的解释存在分歧，一些研究人员认为雷达信号不是由液态水引起的。这些发现发表在《自然-天文学》杂志上，利用雷达以外的数据提供了第一线独立证据，证明火星南极冰盖下存在液态水。左边的面板显示了火星南极的表面地形，南极冰盖的轮廓为黑色。浅蓝色的线表示建模实验中使用的区域，绿色的方块表示包含推断的冰川下水的区域。该区域的冰层厚度约为1500米。右边的面板显示了由剑桥大学领导的研究小组确定的表面起伏。可以看到红色的区域，它比区域地形高出5-8米，上游有一个较小的凹陷（比区域地形低2-4米）（向图像的右上方）。黑色的轮廓显示了由轨道雷达推断出的水的区域。资料来源：剑桥大学领导这项研究的剑桥大学斯科特极地研究所的尼尔-阿诺德教授说："新的地形证据、我们的计算机模型结果和雷达数据的结合，使得今天火星上至少有一个冰川下的液态水区域存在的可能性大增，而且火星必须仍然有地热活动才可以保持冰盖下的水的液态。"与地球类似，火星在两极都有厚厚的水冰帽，加起来大约相当于格陵兰冰原的体积。然而，由于冰冷的火星气候，火星上的极地冰盖以前被认为是一直冻成固体的，与地球上的冰层不同，地球上的冰层下面是充满水的通道，甚至是大型冰川下湖泊。2018年，来自欧洲航天局火星快车卫星的证据挑战了这一假设。该卫星装备了名为MARSIS的穿冰雷达，可以看穿火星南部的冰盖。它显示了冰层底部的一个区域强烈反射雷达信号，这被解释为冰盖下的液态水区域。然而，随后的研究表明，存在于火星其他地方的其他类型的干燥物质如果存在于冰盖之下也可能产生类似的反射模式。鉴于寒冷的气候条件，冰盖下的液态水需要额外的热源，例如来自地球内部的地热，其水平高于当今火星的预期水平。这使得确认这个湖的存在需要等待另一个独立的证据。在地球上，冰川下的湖泊会影响上覆冰层的形状--其表面地形。冰川下的湖泊中的水降低了冰层和它的床之间的摩擦力，影响了冰在重力作用下的流动速度。这反过来又影响了湖泊上方的冰原表面的形状，通常在冰原表面形成一个凹陷，然后是进一步向下流动的一个凸起区域。该团队还包括来自谢菲尔德大学、南特大学、都柏林大学学院和开放大学的研究人员，他们使用一系列技术来检查来自美国宇航局的火星全球勘测者卫星的数据，即火星南极冰盖部分的表面地形，该部分的雷达信号被发现。他们的分析显示了一个10-15公里长的表面起伏，包括一个凹陷和一个相应的凸起区域，两者都偏离周围的冰面数米。这在规模上与地球上冰川下的湖泊起伏相似。研究小组随后测试了观察到的冰面起伏是否可以用冰床的液态水来解释。他们对冰流进行了计算机模型模拟，以适应火星上的具体条件。然后，他们在模拟的冰原床层中插入了一块床层摩擦力降低的区域，如果有水存在，将使冰层滑动并加速前进。他们还改变了来自星球内部的地热的数量。这些实验在模拟的冰面上产生了起伏，其大小和形状与研究小组在真实冰盖表面观察到的相似。模型产生的地形起伏和实际的航天器观测结果之间的相似性，加上早期的穿冰雷达证据表明，在火星的南极冰盖下面有液态水的积累，而且火星地下的岩浆活动相对来说最近才发生，以便使水保持液态所需的强化地热。阿诺德说："从火星回来的数据的质量，包括从轨道卫星和着陆器回来的数据，我们可以用它来回答关于火星表面甚至下面的条件的真正困难的问题，使用我们在地球上使用的同样的技术。使用这些技术来发现其他行星的情况是令人兴奋的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1331517.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1331517.htm

研究火星地貌结构中的碎屑流后 天文学家在对火星液态水的存在有了新见解

研究火星地貌结构中的碎屑流后天文学家在对火星液态水的存在有了新见解"火星大气中95%都是二氧化碳，"LonnekeRoelofs解释说。"在冬天，气温会降到零下120摄氏度以下，这足以让大气中的二氧化碳结冰"。在冷冻过程中，二氧化碳气体可以直接变成二氧化碳冰，而跳过液相。这个过程类似于地球上的霜冻，水蒸气形成冰晶，给大地铺上一层白色的薄膜。春季气温较高，加上火星大气稀薄，二氧化碳冰会直接蒸发回气体，再次跳过液相。火星上沟壑地貌的卫星图像，由火星勘测轨道飞行器上的HiRISE（高分辨率成像实验）相机拍摄。沟壑两侧可见白色的二氧化碳冰。图片来源：NASA/JPL-加州理工学院/亚利桑那州立大学"我们称之为'升华'。由于火星气压低，这个过程极具爆炸性。产生的气压将沉积物颗粒推开，导致物质流动，类似于地球上山区的碎屑流。即使在没有水的情况下，这些流动也能重塑火星地貌，我的研究结果表明，火星上存在生命的几率比以前想象的要小。"长期以来，科学家们一直假设二氧化碳冰可能是这些火星地貌结构背后的驱动力。"但这些假设主要基于模型或卫星研究，"Roelofs解释说。"通过在所谓的'火星舱'中进行实验，我们能够模拟火星条件下的这一过程。利用这种专门的实验设备，我们可以直接亲眼研究这一过程。我们甚至观察到，在火星条件下，由二氧化碳冰驱动的碎屑流的流动效率与地球上由水驱动的碎屑流一样高"。LonnekeRoelofs在英国米尔顿凯恩斯开放大学的火星舱旁。图片来源：乌得勒支大学"我们确信火星表面曾经有水。这项研究并不能证明这一点，"Roelofs说。"但是，生命的出现很可能需要一个存在液态水的漫长时期。以前，我们认为这些地貌结构是由水驱动的碎屑流形成的，因为它们与地球上的碎屑流系统相似。我的研究现在表明，除了以水为动力的碎屑流之外，冰冻二氧化碳的升华也可以成为这些火星沟壑地貌形成背后的驱动力。这将火星上水的存在推向了更久远的过去，使得火星上出现生命的几率变小。这使得我们比想象中更加独特。"但是，是什么让人们对3.3亿公里外的风景感兴趣呢？"火星是我们最近的邻居。它是唯一一颗接近太阳系'绿色区域'的岩石行星。该区域距离太阳足够远，可以存在液态水，这是生命存在的先决条件。因此，我们有可能在火星上找到关于生命如何发展的答案，包括潜在的地外生命。"此外，研究其他星球上景观结构的形成是我们跳出地球环境的一种方式。你可以提出不同的问题，从而对地球上的过程有新的认识。例如，我们在地球上也能观察到火山周围火成碎屑流中气体驱动的碎屑流过程。因此，这项研究有助于更好地了解陆地火山灾害。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425053.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425053.htm